生物反應(yīng)器和比擬放大2023/4/231第1頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六主要內(nèi)容概述生化反應(yīng)器的特點(diǎn)生化反應(yīng)器的種類及選擇與操作反應(yīng)器比擬放大2023/4/232第2頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六

一.概述

生化反應(yīng)器(生物反應(yīng)器)就是為適應(yīng)生化反應(yīng)(生物反應(yīng))的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的反應(yīng)設(shè)備。生化反應(yīng)器的實(shí)質(zhì)也就是酶反應(yīng)器。包括酶反應(yīng)器、微生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐）和動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)用反應(yīng)器。第3頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六微生物反應(yīng)器：是生產(chǎn)中最基本也是最主要的設(shè)備，其作用就是按照發(fā)酵過程的工藝要求，保證和控制各種生化反應(yīng)條件，如溫度、壓力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促進(jìn)微生物的新陳代謝，使之能在低消耗下獲得較高的產(chǎn)量。①厭氧生物反應(yīng)器：其反應(yīng)器不需供氧，設(shè)備結(jié)構(gòu)一般較為簡單。應(yīng)用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的生產(chǎn)。②好氧生物反應(yīng)器：生產(chǎn)過程中需不斷通入無菌空氣，因而其設(shè)備的結(jié)構(gòu)比厭氧生物反應(yīng)器復(fù)雜。應(yīng)用于氨基酸、有機(jī)酸、酶制劑、抗生素和單細(xì)胞蛋白SCP等的生產(chǎn)。根據(jù)反應(yīng)器通風(fēng)和攪拌的方式不同可分為三類：機(jī)械攪拌通風(fēng)式、自吸式和通風(fēng)攪拌式。第4頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六二.生化反應(yīng)器的特點(diǎn)㈠生化反應(yīng)器的特點(diǎn)①生化反應(yīng)與一般化學(xué)反應(yīng)的不同主要在于其反應(yīng)皆由生物催化劑-酶來催化的。決定了酶反應(yīng)必須在比較溫和的條件下進(jìn)行，也就是在接近中性的pH、較低的溫度及近似細(xì)胞生理?xiàng)l件下進(jìn)行。②生物的酶系是非常復(fù)雜的，在活細(xì)胞中它們是相互協(xié)調(diào)而處于最優(yōu)化的狀態(tài)，故活細(xì)胞常被用來合成一些代謝產(chǎn)物如多糖及蛋白質(zhì)等。由于反應(yīng)的環(huán)境會(huì)隨著時(shí)間的進(jìn)程而改變，就產(chǎn)生了一個(gè)如何控制反應(yīng)過程使其最優(yōu)化的問題。第5頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六③對(duì)生長細(xì)胞來說，要考慮到如何維持發(fā)酵的最佳條件，主要包括細(xì)胞營養(yǎng)、代謝的調(diào)控以及反應(yīng)產(chǎn)物的干擾。④由于酶作用對(duì)底物的高度特異性，它可以定向的產(chǎn)生一些用一般化學(xué)方法難以甚至無法得到的產(chǎn)品⑤大多數(shù)生化反應(yīng)都在水相中進(jìn)行，相對(duì)來說產(chǎn)物濃度較低，這就產(chǎn)生了一個(gè)產(chǎn)物回收工藝及成本的問題。第6頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六三.生化反應(yīng)器的種類及選擇與操作按生化反應(yīng)是在一個(gè)相或是在多個(gè)相內(nèi)進(jìn)行，可分為均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器。發(fā)酵工業(yè)中的絕大多數(shù)都屬于非均相反應(yīng)器。（一）機(jī)械攪拌式生化反應(yīng)器它是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質(zhì)所需要的功率。這種反應(yīng)器的適應(yīng)性最強(qiáng)，從牛頓型流體直到非牛頓型的絲狀菌發(fā)酵液，都能根據(jù)實(shí)際情況和需要，為之提供較高的傳質(zhì)速率和必要的混合速度。缺點(diǎn)是機(jī)械攪拌器的驅(qū)動(dòng)功率較高，一般2~4kw/m3，這對(duì)大型的反應(yīng)器來說是個(gè)巨大負(fù)擔(dān)。第7頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/238第8頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/239第9頁，共10頁，2023年，2月20日，星期六全擋板條件是指在一定轉(zhuǎn)速下，再增加罐內(nèi)附件，軸功率仍保持不變。要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求：(W/D)Z=0.5D------------罐的直徑Z--